Старение кабелей при прокладке в грунте

Итоги 25 лет испытаний надежности кабелей на ОАО "Завод "Сарансккабель"

Автор:
Э.А. Боксимер, д-р электротехники, генеральный директор;
В.И. Рязанов, директор по технологии - главный технолог;
С.Г. Курганская, начальник ЦЗЛ;
ОАО "Завод "Сарансккабель"

В августе 2005 года ОАО "Завод "Сарансккабель" отмечает сразу две знаменательные даты - 55-летие своего основания и 50 лет со дня выпуска первой продукции. Встречая юбилей, на предприятии подводят итоги многолетних испытаний качества выпускаемых кабельных изделий. Одним из таких испытаний было исследование старения кабеля при прокладке в грунт. Испытания проводились в природных климатических условиях на испытательном полигоне центральной заводской лаборатории (рис. 1).

Рис. 1. Испытательный полигон ОАО "Завод "Сарансккабель"

На специально выделенной площадке на территории завода проводятся испытания стойкости кабелей и проводов к климатическим воздействиям при воздушной прокладке. Здесь же в пяти земляных траншеях глубиной 0,5 м продолжаются многолетние испытания надежности кабелей при прокладке в грунте.

В процессе эксплуатации кабель, проложенный в земле, подвергается воздействию положительных и отрицательных температур, воздействию влаги, слабых растворов щелочей и кислот, содержащихся в грунте, что может привести к необратимым изменениям механических и электрических параметров кабеля, то есть к его старению. Прежде всего страдают от этого воздействия защитные покровы кабеля.

Для определения степени старения защитных покровов в августе 1979 года на испытательном полигоне была произведена закладка в испытательные траншеи прямо в грунт образцов кабелей марок:

• СБПу 10х2х1,0; АВВГ 2х6 - 0,66 кВ;
• ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ; ЦСБ 3х25(ож) - 10 кВ;
• АСБ 3х50 (ож) - 10 кВ; АПБбШв 4х50(ож) - 1кВ (с битумом);
• АПБбШв 4х35 (ож) - 1 кВ (без битума) с различными защитными покровами.

Образцы были отобраны из серийного выпуска данных изделий и сопровождались свинцовыми бирками. Концы образцов были герметично запаяны и под электрической нагрузкой не находились. Оба конца каждого образца были выведены на поверхность.

В сентябре 2004 года образцы кабелей были извлечены из грунта с целью определения степени влияния агрессивной среды грунтовых вод, представляющих собой слабые растворы щелочей и кислот, на сохранность защитных покровов, на электрические и физико-механические характеристики кабелей, находившихся в грунте 25 лет. Произведен визуальный анализ состояния образцов. Испытания образцов кабелей проводились по ГОСТ 16442-80, ГОСТ 6436-75, ГОСТ Р 51312-99, ГОСТ 18410-73.

Визуально установлено, что на наружных покровах силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией после 25 лет нахождения в грунте сохранилось меловое покрытие. Использование стеклопряжи как материала, не поддающегося бактериальному разрушению, позволило избежать гниения, обрастания плесневыми грибками защитных покровов силовых кабелей, что надежно защитило бронеленту от коррозии. Стеклопряжа стала более сухая - наблюдается потеря замасливателя. У образцов кабелей ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ (рис. 2) и ЦСБ 3х25(ож) - 10 кВ после испытания на стойкость к навиванию на защитном покрове появились трещины до бронеленты.

Рис. 2. Образец кабеля ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ после 25 лет испытаний в грунте

Оцинкованная бронелента приобрела белый налет продуктов коррозии цинкового покрытия. В местах перекрытия бронелент налет окиси цинка значительный. Следов ржавчины основного металла нет. Битум на бронеленте сохранился частично. У кабеля ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ битуминированные бумажные ленты в процессе длительного нахождения в грунте склеились между собой. Свинцовая оболочка покрыта битумом, битум мягкий, оболочка и битум без повреждений. Поясная изоляция хорошо пропитана пропиточной массой. Пропиточная масса, заполняющая междужильное пространство, имеет желеобразную консистенцию, при разделке отделяется кусками, повторяющими конфигурацию жил. Скрутка не распадается, кордель без повреждений. Изоляция жил хорошо пропитана, цветная маркировка бумажных лент сохранилась. В табл. 1 приведены результаты испытаний после старения кабеля с бумажной пропитанной изоляцией по основным показателям. Из приведенных результатов испытаний следует, что характеристики испытанных кабелей соответствует требованиям стандарта.

Таблица 1

Результаты испытаний силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией

Вид испытаний или показатель	АСБ 3х50(ож) – 10 кВ (изготовлен в 1979 году)		ЦСБл 3х25(ож) – 10 кВ (изготовлен в 1979 году)
	Норма по ГОСТ	Фактически	Норма по ГОСТ	Фактически
Электрическое сопротивление токопроводящей жилы, Ом/км	Не более 0,641	0,582	Не более 0,727	0,709
Электрическое сопротивление изоляции, МОм/км	Не менее 200	250	Не менее 200	250
Испытание кабелей напряжением	40 кВ 4 часа должен выдержать без пробоя	40 кВ, 4 часа выдержал без пробоя	40 кВ, 4 часа должен выдержать без пробоя	40 кВ, 4 часа выдержал без пробоя
Определение стойкости кабеля к навиванию Испытание напряжением	3 циклов Дц=15(Дн+д) 50 кВ 10 мин должен выдержать без пробоя	3 цикла Дц= 568 мм 50 кВ 10 мин выдержал без пробоя	3 цикла Дц=15(Дн+д) 50 кВ 10 мин должен выдержать без пробоя	3 цикла Дц= 738 мм 50 кВ 10мин выдержал без пробоя
Качество наложения брони (изгибание кабеля)	Дц=15Дк, верхняя лента должна перекрывать зазоры между витками нижней	Дц=600 мм, зазоры между витками нижней ленты не видны	Дц=15Дк, верхняя лента должна перекрывать зазоры между витками нижней	Дц=667 мм, зазоры между витками нижней ленты не видны
Испытание на невытекание изоляционного пропиточного состава	Не нормируется	Не нормируется	Не должен вытекать при +70°С 8 часов	+70°С 8 часов выдержал
Испытание свинцовой оболочки на растяжение	До Д=1,5Дн без разрывов	До Д=45мм без разрыва выдержал	До Д=1,5Дн без разрывов	До Д=41мм без разрыва выдержал
Испытание на невытекание битумного состава	Не должен вытекать при +50°С 4 часа	+50°С 4 часа выдержал	Не должен вытекать при +60°С 4 часа	+60°С 4 часа выдержал
Относительное удлинение бронеленты, %	Не менее 20	20	Не менее 20	21
Временное сопротивление бронеленты, кг/мм2	28 – 40	29	28 – 40	31
Поверхностная плотность цинкового покрытия, г/м2	Не менее 200	205	Не менее 200	230

Примечение:
Д_{ц -} диаметр цилиндра для навивания образца кабеля,
Д – диаметр кабеля по металлической оболочке,
Д_к – диаметр кабеля,
д – диаметр жилы,
Д_н – начальный диаметр свинцовой оболочки.

Состояние элементов защитных покровов кабелей с пластмассовой изоляцией бронированных после нахождения в грунте в течение 25 лет характеризуется следующим:

• наружная оболочка из ПВХ-пластиката без повреждений;

• поверхность бронелент, покрытая битумом, не имеет следов коррозии; внутренняя поверхность бронелент имеет налет продуктов коррозии;

• подушка из двух слоев крепированной битуминизированной бумаги хорошо сохранилась.

Образец кабеля марки АПБбШв 4х50 мм² - 1 кВ после старения показан на рис. 3.

Рис. 3. Образец кабеля АПБбШв 4х50 1 кВ после 25 лет испытаний в грунте

Образцы кабеля марки АПБбШв 4х35 - 1 кВ, бронированные двумя оцинкованными лентами без поливки битумом, имеют следы коррозии цинкового покрытия. Остальные элементы защитного покрова в хорошем состоянии.

Небронированный кабель с изоляцией и оболочкой из ПВХ-пластиката марки АВВГ 2х6 мм² - 0,66 кВ сохранился без изменений по сравнению с исходным состоянием. В табл. 2 приведены результаты испытаний кабелей после старения. Очевидно, что характеристики испытанных кабелей соответствуют нормам стандарта.

Таблица 2

Результаты испытаний силовых кабелей с пластмассовой изоляцией

Вид испытаний или показатель	АВВГ 2х6 – 0,66 кВ (изготовлен в 1979 году)		АПБбШв 4х50 – 1 кВ (с битумом) (изготовлен в 1979 году)
	Норма по ГОСТ	Фактически	Норма по ГОСТ	Фактически
Электрическое сопротивление токопроводящей жилы, Ом/км	Не более 5,11	5,08	Не более 0,641	0,597–0,637
Электрическое сопротивление изоляции, МОм/км	Не менее 9	9,0	Не менее 150	3300
Испытание переменным напряжением частотой 50 Гц	3 кВ, 10 мин. должен выдержать без пробоя	3 кВ, 10 мин выдержал без пробоя	3,5 кВ, 10 мин. должен выдержать без пробоя	3,5 кВ, 10 мин. выдержал без пробоя
Определение стойкости кабеля к навиванию Испытание напряжением	Дц=20(Дк+д) 45 мин. -15°С, 3 цикла без трещин 3 кВ, 5 мин. должен выдержать без пробоя	Дц=242 мм 45 мин. -15°С, 3 цикла без трещин 3 кВ, 5 мин. выдержал без пробоя	120 мин. при -15°С, 3 цикла, Дц=15(Дн+д) 4 кВ, 5 мин. должен выдержать без пробоя	120 мин. при -15°С, 3 цикла Дц=607мм, 4 кВ, 5 мин. выдержал без пробоя
Плотность прилегания пластмассового защитного шланга.	____	____	Должны быть видны отпечатки ленты на внутренней поверхности шланга	Отпечатки ленты видны
Нераспространение горения защитного покрова	____	____	Не должно быть поврежденных частей на расстоянии не более 50 мм от верхнего зажима	На расстоянии не более 50 мм от верхнего зажима поврежденных частей нет
Качество наложения брони	____	____	Дц=15Дк, верхняя лента должна перекрывать зазоры между витками нижней	Дц=492 мм, зазоры между витками нижней ленты не видны
Невытекание битумного состава	___	___	Не должен вытекать 4 часа при +60°С	4 часа при +60°С не вытек
Испытание на холодостойкость	___	___	120 мин. при -50°С, Дц=15(Дн+д) без трещин	120 мин. при -50°С, Дц=607мм, трещин нет
Разрывная прочность защитного шланга, кгс/см2	___	___	Не менее 110	170
Относительное удлинение защитного шланга, %	___	___	Не менее 280	290–300
Стойкость защитного шланга к деформации при +80°С, %	___	___	Не менее 50	77
Относительное удлинение бронеленты, %	___	___	Не менее 20	22
Временное сопротивление бронеленты, кг/мм2	___	___	28–40	33,5
Прочность при растяжении ПВХ-оболочки, Н/мм2, не менее	12,5	13	___	___
Относительное удлинение ПВХ-оболочки при разрыве, % не менее	150	180	___	___

Примечение:
Д_{ц -} диаметр цилиндра для навивания образца кабеля,
Д_к – диаметр кабеля,
д – диаметр жилы.

Полиэтиленовая оболочка кабеля сигнально-блокировочного марки СБПу 10х2х1,0 (рис. 4) после извлечения из траншеи испытательного полигона сохранилась без дефектов и повреждений. Под оболочкой имеются легко опознаваемые отличительные нити завода. Поясная изоляция - полиэтиленфталатная пленка. Расцветка изоляции - зеленая и натуральная - сохранилась без изменений. В табл. 3 приведены положительные результаты испытаний сигнально-блокировочного кабеля.

Рис. 4. Образец кабеля СБПу 10х2х1,0 после 25 лет испытаний в грунте

Таблица 3

Результаты испытаний сигнально-блокировочного кабеля СБПу 10х2х1,0

Вид испытаний или показатель	Норма по ГОСТ	Фактически	Соотв. требованиям ГОСТ
Электрическое сопротивление токопроводящей жилы, Ом/км	Не более 23,3	22,6–23,3	Соотв.
Электрическое сопротивление изоляции	Не менее 5000 МОм на 1 км длины	5000 МОм на 1 км. длины	Соотв.
Исп. напряжением между жилами,50 Гц	2500 В 1 мин. без пробоя	2500 В 1 мин. выдержал без пробоя	Соотв.
Проверка отн. удлинения неизолированной токопроводящей жилы	Не менее 15%	15–17%	Соотв.
Стойкость к изгибам Испытание напряжением	Дц=14Дмакс при-15°С 2 часа не должно быть трещин 2500 В без пробоя	Дц=291 мм при -15°С 2 часа без трещин 2500 В выдержал без пробоя	Соотв.
Воздействие пониженной температуры среды при -50°С; Испытание напряжением	Дц=10Дмакс при-50°С 2 часа не должно быть трещин 2500 В без пробоя	Дц=208 мм при -50°С 2 часа трещин нет 2500 В выдержал без пробоя	Соотв.

Примечение:
Д_{ц -} диаметр цилиндра для навивания образца кабеля,
Д_макс – максимальный наружный диаметр кабеля

Выводы

1. Пребывание в течение 25 лет в грунте и воздействие смены положительных и отрицательных температур, влаги, слабых растворов щелочей и кислот, содержащихся в грунте, не вывели электрические параметры испытываемых кабелей за пределы допусков.

2. Воздействие агрессивной среды в течение 25 лет не оказало заметного влияния на изоляцию и оболочку из полиэтилена образцов кабелей марки СБПу и АПБбШв.

3. Внешний вид и свойства оболочки и защитного шланга из ПВХ-пластиката образцов кабелей АВВГ, АПБбШв, ВБбШв после длительного нахождения в грунте не изменились. Поверхность образца кабеля АВВГ 2х6 - 0,66 кВ глянцевая, блестящая.

4. Свинцовые оболочки кабелей марок ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ, ЦСБ 3х25(ож) - 10 кВ и АСБ 3х50(ож) - 10 кВ остались без изменений и надежно защитили изоляцию от влаги. Качество пропитки и эластичность бумажных лент практически не изменилось. Растяжение свинцовой оболочки на конусе согласно п. 2.2.14. ГОСТ 24641 образцы кабелей марок ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ, ЦСБ 3х25(ож) - 10 кВ и АСБ 3х50(ож) - 10 кВ выдержали.

5. Агрессивная среда (вода, щелочи, кислоты, содержащиеся в грунте), изменения температуры окружающей среды не оказали существенного влияния на состояние защитных покровов кабелей силовых с пропитанной бумажной изоляцией. Стеклопряжа обеспечивает хорошую защиту кабеля от бактериального разрушения, гниения, обрастания плесневыми грибками. На поверхности сохранились следы мелового покрытия.

6. Проведенные испытания кабелей, изготовленные на ОАО "Завод "Сарансккабель", подтвердили их хорошую работоспособность. Положительные результаты испытаний, проводимых в течение 25 лет, доказывают отработанность технологического процесса, эффективность сложившейся на предприятии жесткой системы контроля технологии и качества.

Испытания кабелей на испытательном полигоне ОАО "Завод "Сарансккабель" продолжаются. Для испытания надежности заложены на длительные испытания при прокладке в грунте силовые и контрольные кабели с индексом "нг-LS", сигнальные кабели в алюминиевой оболочке, силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией, в защитных покровах которых использована "гессенская лента". Наряду с анализом надежности кабелей при прокладке в грунте проводятся испытания стойкости кабелей и проводов, в том числе марок СИП-2А, СИП-3, МФК-2, ПРППМ, КССПВэп, ТППэп, к климатическим воздействиям при воздушной прокладке. Испытания по оценке надежности кабелей при их старении становятся правилом применительно для всей номенклатуры кабельных изделий, выпускаемых на предприятии. Через 5 лет по достижении 30 лет старения кабелей в грунте будет проведена очередная выборка, выполнен полный цикл испытаний и следующий этап постоянно проводимого на ОАО "Завод "Сарансккабель" анализа надежности выпускаемой кабельной продукции.

 

			Узнайте больше! Всегда быть в курсе всех событий кабельной отрасли Вам поможет журнал "Кабели и провода". Заказать интересующие Вас номера журнала "Кабели и повода" Вы можете непосредственно на страницах нашего сайта.